(57)【要約】【課題】プリプレグを用いたオートクレーブ成形法等で、液漏れ等のない緻密で、且つ、軽量の、一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体を得ること、及び、その方法を提供すること。【解決手段】一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体であって、該直方体の相対する表面と裏面にはプリプレグが用いられ、該直方体の左右面と底面には、該直方体の厚さ方向に、短冊状に切断されたプリプレグの小片が所望の厚さに積層して配置されているＦＲＰ製の中空の直方体において、該プリプレグの小片の積層端面の少なくとも片面に、繊維強化樹脂シートが、該積層端面を覆う様に配置して成形されていることを特徴とする一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体。かかる直方体は、一体成形によって、又は、互いに面対照な二つの部材を成形し、その後、接着あるいはボルト締めによって接合して得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体であって、該直方体の相対する表面と裏面にはプリプレグが用いられ、該直方体の左右面と底面には、該直方体の厚さ方向に、短冊状に切断されたプリプレグの小片が所望の厚さに積層して配置されているＦＲＰ製の中空の直方体において、該プリプレグの小片の積層端面の少なくとも片面に、繊維強化樹脂シートが、該積層端面を覆う様に配置して成形されていることを特徴とする一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体。
【請求項２】
繊維強化樹脂シートが、ガラス繊維強化樹脂シートである請求項１記載の一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体。
【請求項３】
一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体であって、該直方体の相対する表面と裏面にはプリプレグが用いられ、該直方体の左右面と底面には、該直方体の厚さ方向に、短冊状に切断されたプリプレグの小片が所望の厚さに積層して配置されているＦＲＰ製の中空の直方体の製造法において、該プリプレグの小片の積層端面の少なくとも片面に、繊維強化樹脂シートを該積層端面を覆う様に配置して、その後一体成形することを特徴とする一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体の製造法。
【請求項４】
一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体であって、該直方体の相対する表面と裏面にはプリプレグが用いられ、該直方体の左右面と底面には、該直方体の厚さ方向に、短冊状に切断されたプリプレグの小片が所望の厚さに積層して配置されているＦＲＰ製の中空の直方体の製造法において、互いに面対照な水平断面が凹型の二つの部材であって、積層されたプリプレグの小片の積層面の少なくとも片面に、繊維強化樹脂シートを該積層端面を覆う様に配置し成形して得られた部材を、互いに面対照に組合せ、該積層されたプリプレグの小片の積層部を接合して中空の直方体を形成することを特徴とする、一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体の製造法。
【請求項５】
成形法が、オートクレーブ成形法である請求項３又は４記載の一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体の製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ製成形品あるいはその部品として使用される、一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体とその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維からなるものであり、軽量で且つ強度特性に優れるため、近年、航空宇宙分野、輸送・運輸分野から一般産業分野に至るまで、幅広い分野において利用されている。
【０００３】
ＦＲＰ製品を成形する場合、繊維強化材に樹脂を含浸させ、流動性や粘着性を除いて取り扱い性を良くしたシート状の成形中間体である、プリプレグが用いられる場合が多い。そして、プリプレグを用いて、中空の部材を成形するための方法としては、オートクレーブ成形法、ホットプレス成形法、真空バッグ成形法等が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３３４８３６号公報
【０００４】
しかしながら、複雑な形状のＦＲＰ成形品を得ようとすると、従来の手法では、性能的に必ずしも十分なものが得られない場合があった。例えば、液体を入れる容器となる様な一面が開口した中空の直方体を製造しようとする場合、従来は、直方体の相対する表面と裏面にはそれぞれ全面をカバーする大きさのプリプレグを用い、直方体の左右面と底面には、この直方体の厚さ方向に、短冊状に切断されたプリプレグの小片を所望の厚さに積層して配置されたプリプレグ積層品を先ず作り、次いで、これを一体成形する方法が採られている。あるいは、一体成形が難しい場合には、中空の直方体を形成する部品を、互いに面対照な水平断面が凹型の二つの部材に分けて、二つのプリプレグ積層品を作り、成形し、その後、二つの部材を互いに面対照に組合せ、積層されたプリプレグの小片の積層部を、接着剤やボルトで接合して中空の直方体を製造している。そして、これらの場合、中空部分に液体を入れた場合には、液体の種類や容器の運転条件によっては、プリプレグの小片の積層部から液漏れが起こるという問題があった。
【０００５】
上記問題点を解決することを目的としたものではないが、オートクレーブ成形法でＦＲＰ成形品を得る場合、成形品の液漏れ防止等に有効であると思われる技術も知られてはいる。例えば、角部を有する成形品をプリプレグを用いて成形する場合、弾性を有する角部を備えた成形用パッドを用いる成形法が提案されている（特許文献２参照）。また、プリプレグを用いたオートクレーブ成形法で、耐火性や断熱性に優れたＦＲＰ成形品を得るために、プリプレグの片面に、無機質発泡体又は無機質マットを配置した積層部材も知られている（特許文献３参照）。しかしながら、これらの方法では、本発明の問題点を全面的に解決することは出来ない。
【特許文献２】特開平９−２２６０１１号公報
【特許文献３】特開平１１−３２０７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、プリプレグを用いたオートクレーブ成形法等で、液漏れ等のない緻密で、且つ、軽量のＦＲＰ成形品、特に、一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体を得ること、及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、液漏れ等のない緻密で、且つ、出来るだけ軽量のＦＲＰ成形品、特に、一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体を得るべく鋭意検討を重ねた。検討の結果によると、通常のホットプレス成形法による場合には、一方向のみの高加圧は可能であるが、Ｌ字形状の縦部材には高加圧ができず、従って、液漏れ（液の滲み出し）等のない緻密な成形品を得るには不適当であった。そして、通常のオートクレーブ成形法は、全方向に加圧できるので、中空の直方体の様な複雑な形状の物の成形には適しているが、高加圧が困難であるために、積層物間にボイドが残り、従って、液漏れを防ぐのが困難であった。本発明は、更なる検討の結果得られたものである。
【０００８】
即ち、本発明は、一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体であって、該直方体の相対する表面と裏面にはプリプレグが用いられ、該直方体の左右面と底面には、該直方体の厚さ方向に、短冊状に切断されたプリプレグの小片が所望の厚さに積層して配置されているＦＲＰ製の中空の直方体において、該プリプレグの小片の積層端面の少なくとも片面に、繊維強化樹脂シートが、該積層端面を覆う様に配置して成形されていることを特徴とする一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体である。
【０００９】
また、本発明の他の態様は、かかる中空の直方体の製造法、即ち、一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体であって、該直方体の相対する表面と裏面にはプリプレグが用いられ、該直方体の左右面と底面には、該直方体の厚さ方向に、短冊状に切断されたプリプレグの小片が所望の厚さに積層して配置されているＦＲＰ製の中空の直方体の製造法において、該プリプレグの小片の積層端面の少なくとも片面に、繊維強化樹脂シートを該積層端面を覆う様に配置して、その後一体成形することを特徴とする一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体の製造法である。
【００１０】
本発明の更に他の態様は、一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体であって、該直方体の相対する表面と裏面にはプリプレグが用いられ、該直方体の左右面と底面には、該直方体の厚さ方向に、短冊状に切断されたプリプレグの小片が所望の厚さに積層して配置されているＦＲＰ製の中空の直方体の製造法において、互いに面対照な水平断面が凹型の二つの部材であって、積層されたプリプレグの小片の積層面の少なくとも片面に、繊維強化樹脂シートを該積層端面を覆う様に配置し成形して得られた部材を、互いに面対照に組合せ、該積層されたプリプレグの小片の積層部を接合して中空の直方体を形成することを特徴とする、一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体の製造法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、種々の用途のＦＲＰ成形品又はその部材となる、液漏れ等のない一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体が、従来の方法に比べて、より簡単な方法で、より軽量化され、より安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明における一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体は、図１に示した様なものである。図２は、図１の切断面ＡＢで分割した部材の一つを示している。図１において、１と２が相対する表面と裏面であり、ここにはプリプレグが用いられる。表面と裏面に用いるプリプレグとしては、一枚でそれぞれ全面をカバーする大きさのものが好ましい。通常、かかるプリプレグは、複数、積層して用いられる。図１において、３と４は直方体の左右面であり、図２において、５は底面である。そして、左右面３と４と底面５は、直方体の厚さ方向（表裏面に垂直方向）に、短冊状に切断されたプリプレグの小片（３ａ、３ｂ、・・・、４ａ、４ｂ、・・・、５ａ、５ｂ、・・・）が所望の厚さに積層して配置されている。
【００１３】
本発明のプリプレグとしては、補強用のガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の繊維強化材の織物、不織布等のシート状物に、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等のマトリックス樹脂を含浸させて得られたプリプレグが挙げられる。繊維強化材やマトリックス樹脂に関しては特に制限はないが、繊維強化材として好ましいのは炭素繊維であり、その織物が好ましい。織物としては、例えば、平織、綾織、朱子織等の経糸と緯糸から構成されるものの他、繊維束を一方向に引き揃えシート状とし、これを直角方向にステッチ糸で縫合した一軸織物、一方向に引き揃えたシート状物を角度を変えて複数積層し、これを直角方向にステッチ糸で縫合した多軸織物等が挙げられる。
【００１４】
ＦＲＰ成形品において使用されるプリプレグは、繊維強化材とマトリックス樹脂の割合が、通常、繊維強化材が全体の３０〜７０重量％であるが、本発明においては、プリプレグの小片の積層端面の少なくとも片面に、繊維強化樹脂シートが、この積層端面を覆う様に配置され、これが液漏れ等を防ぐ作用を有するので、通常のものより、繊維強化材の含有量を減らすことができる。従って、得られた成形品が軽量化される。
【００１５】
本発明においては、図１と図２において、６、７、８は繊維強化樹脂シートである。繊維強化樹脂シート６、７、８は、それぞれ左右面、底面のプリプレグの小片の積層端面の少なくとも片面に、積層端面を覆う様に配置されている。図１と図２では、繊維強化樹脂シート６、７、８が、直方体の内側のプリプレグの小片の積層端面に配置された例を示しているが、繊維強化樹脂シートは外側に、あるいは両側に配置されていても良い。
【００１６】
本発明の繊維強化樹脂シートとは、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の繊維の織物、不織布等のシート状物に熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を含浸させて得られたプリプレグを意味する。好ましいのは、ガラス繊維のプリプレグである。繊維強化樹脂シートは、直方体の形状に応じて、それぞれ左右面及び底面を覆う大きさに切断して用いられる。繊維強化樹脂シートの目付は特に制限はないが、例えば、ガラス繊維のクロスを用いたプリプレグの場合は、１００〜３００ｇ／ｍ２が好ましい。
【００１７】
図１の直方体において、上面が開口している部分であり、ここには、用途に応じて種々の加工をしたり、種々の部品、例えば、フランジやその他のインサート部品を設置することができる。また、直方体の壁面には、必要に応じて、例えば、ボルト孔を設けることもできる。そして、フランジやその他のインサート部品の設置やバルト孔の穴あけ等は、直方体を成形した後行っても良く、あるいは、成形と同時に行っても良い。
【００１８】
本発明の一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体の、好ましい製造法について説明する。一つの方法は、図１に示される様な、直方体の相対する表面と裏面にはプリプレグが用いられ、この直方体の左右面と底面には、この直方体の厚さ方向に、短冊状に切断されたプリプレグの小片が所望の厚さに積層して配置されているＦＲＰ製の中空の直方体の製造法において、このプリプレグの小片の積層端面の少なくとも片面に、繊維強化樹脂シートを該積層端面を覆う様に配置して、その後一体成形する製造法である。一体成形法としては、オートクレーブ成形法や真空バッグ成形法が採用できるが、オートクレーブ成形法が好ましい。オートクレーブ成形の加熱温度は８０〜２００℃、加圧圧力は０．０５〜４ＭＰａが適当である。
【００１９】
好ましいもう一つ製造法は、図２に示した様な、図１の直方体を切断面ＡＢで分割した形状の、互いに面対照な水平断面が凹型の二つの部材であって、表面又は裏面を形成するプリプレグの三方の端に積層された、プリプレグの小片の積層面の少なくとも片面に、繊維強化樹脂シートをこの積層端面を覆う様に配置し成形して得られた部材を、互いに面対照に組合せ、この積層されたプリプレグの小片の積層部を接合して中空の直方体を形成する製造法である。これを図を参照して説明すると、互いに面対照な水平断面が凹型の二つの部材とは、図１の直方体を、断面ＡＢで分割した２つの部材（その中の一つが図２でしめされる様な形状のもの）を意味する。２つの部材は、上記一体成形の場合と同様に成形して得られる。そして、図２の様な２つの部材は、互いに面対照に組合せ、積層されたプリプレグの小片の積層部を、接着剤を用いて、あるいは予め設けられたボルト孔を利用してボルト締めすることによって接合し、図１で示される様な中空の直方体を形成する。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例により本発明を詳述する。
［実施例１］
図１に示した様な直方体を製造した例を示す。表面と裏面には、一方向配列炭素繊維プリプレグ（高弾性プリプレグ、繊維含有率＝６０％、東邦テナックス社製）で縦横１７０×１０６５ｃｍのものを、１１枚積層して用いた。左右の面には、同じプリプレグを縦横１６０×１０．５ｃｍの短冊状に切断してものを、３３枚積層した。底面は、同じプリプレグを縦横１０．５×１０６５ｃｍの短冊状に切断してものを、３３枚積層した。縦横１７０×１０６５ｃｍのプリプレグの短辺の両端に、短冊状の縦横１６０×１０．５ｃｍのプリプレグを３３枚積層し、長辺の一端に短冊状の縦横１０．５×１０６５ｃｍのプリプレグを３３枚積層し、水平断面が凹型の部材とした。
【００２１】
そして、積層されたプリプレグの小片の積層面（左右面と底面の３ケ所）に、ガラス繊維のクロス（目付：２００ｇ／ｍ２）をそれぞれに一枚を積層端面を覆う様に配置した。同じものをもう一つ用意し、これら２つの水平断面が凹型の二つの部材であって、積層されたプリプレグの小片の積層面に、ガラス繊維のクロス（繊維強化樹脂シート）が配置された部材を、圧力０．５ＭＰａで加圧下、１２０℃で２時間の条件でオートクレーブ成形した。かくしてして得られ２つの部材を面対照に組合せ、積層されたプリプレグの小片の積層部を、ボルト締めして接合して中空の直方体を形成した。
【００２２】
［比較例１］
ガラス繊維のクロスを用いないで、実施例１の場合と同様にして中空の直方体を成形して得た。直方体に水を入れ、２ｋｇｆ／ｃｍ２の水圧を加えると、実施例１のものは水漏れはなかったが、比較例１のものは、左右面と底面から水漏れが見られた。
【００２３】
［実施例２］
実施例１の一方向配列炭素繊維プリプレグを用いて、実施例１の作り方に準じて、最初から直方体を作り、その左右面と底面のいずれも内面にガラス繊維のクロスを配置し、実施例１と同じ様な条件で一体成形して中空の直方体を得た。この中空の直方も、水漏れのないものであった。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の一面が開口したＦＲＰ製の中空の直方体は、液漏れ等のない中空の直方体であるので、例えば、開口面にフランジを形成するなどして、リニアモーターのモーターカバーなどに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一面が開口した中空の直方体を説明するための図である。
【図２】図１の直方体を断面ＡＢで分割した部材を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  直方体の表面
２  直方体の裏面
３  直方体の右面（３ａ、３ｂ、・・・プリプレグの短冊状小片）
４  直方体の左面（４ａ、４ｂ、・・・プリプレグの短冊状小片）
５  直方体の底面（５ａ、５ｂ、・・・プリプレグの短冊状小片）
６、７、８  繊維強化樹脂シート
【図１】
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【図２】
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